计算机控制技术模拟试题

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计算机控制技术试题
一、填空题（每空2分，共20分）
1．闭环控制系统是使被控量有较高的 精度 。

2．控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分 环节个数来分类，分为“0”型，“I ”型系统等。

3．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相同 。

4．控制系统开环对数频率特性中的截止频率ωc 的大小通常反映系统的快速性； ，而相位裕度γM 反映了系统运动的 运动平稳性； 5．系统的稳态误差与 系统本身特性 有关。

6．在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 采样、量化、零阶保持器； 等三种信号变换最重要。

7．若已给闭环系统的自然频率为ωn ，经验上，采样频率ωs 应取为 n ω)10~4(； 。

8．为使传感器特性与A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D 之间加入 调理电路； 。

9．平均值滤波是对信号y 进行m 次采样；滤波器的输出=)k (y
∑=m
i i y m 1
)(1。

二、简答题（每题6分，共30分）
1．已知闭环系统如图1所示，
试问：1）若R(s)为单位斜坡函数时，其稳态误差为多少？
2）若N(s)为单位阶跃函数时，其稳态误差为多少？
3）R(s)、 N(s)同时作用时，总误差为多少？ （不必进行具体计算）
)
图 1
2
2．已知A 点信号如图2所示，试画出B 点、C 点的信号图形，设采样周期T=π/2。

3．计算机控制系统在选择A ／D 变换器时应注意哪几项指标？这些性能指标应根据什么原则选取？
（1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；（2分）
（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；（2分） （3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。

（2分） 4．已知如下两种串联环节，试写出其输出与输入之间的传递函数G(z)。

（已知 Z[1/s]=
)
1z (z
- Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2）
（1）2
2)
1(1)(-=⎥⎦⎤
⎢
⎣⎡=z Tz s Z z G ， （3分） （2）2
2)
1()1()1(11)(-=-⋅-=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=z z z z z z s Z s Z z G 5．已知x(t)=(0.5+5sin3t) 采样周期T=2π/3，试求 采样信号x *(t)。

∑∑∑∞=∞
=∞
=-=-⋅+=-=000*
)(5.0)()]323sin(55.0[)()()(k k k kT t kT t k kT t k x t x δδπ
δ
三、（12分）已知系统开环对数渐近幅频特性曲线如图4所示，试求： 1）静态误差系数；2）截止频率ωc ；3）相稳定裕度γM
图 4
三、（12分） 1）10=K ，1.0/1==K K v ； （4分）
c *(t)
c *(t)
图 2
3
2）10=c ω； （4分）
3）)
1(10
)(+=Ts s s G ，故T tg o c 1090)(1---=ωϕ
T tg o o M 10901801---=∴γ
四、（10分）已知控制器2
12
1z
6.0z 4.11z 4.0z 6.02.0)z (D ----+-++=的结构图如图5所示，若该控制器采用定点计算机实现，试为其配置比例尺，并画出配置比例尺后的结构图。

图 5
五、（13分）若已知计算机控制系统结构如图6所示
图 6
1）试确定使系统稳定的K 的范围；
2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及ZOH ），试问使系统稳定的K 值范围。

3）所得结果说明了什么问题？
[注：已知Z[a/s(s+a)]=z(1-e -aT )/(z-1)(z- e -aT ) ]
c *(t)
4
六、（15分）数字惯性滤波器是RC 模拟滤波器数字化，
)1/(1)
()
()(+==
s T s E s U s G f f ，T f =RC
1）试用一阶向后差分法将其离散化，求G f (z)；
2）将该G f (z)用直接程序实现法编排实现，写出u(k)表达式，画出实现框图； 3）将该算法分成算法I 及算法II ，并画出程序流程图。

二、简答题（每题6分，共30分）
1． 0．1； 0； 0．1
第1问2分，第2问2分，第3问2分。

2．每项各3分。

t
t
四、（10分）
1）“分子分母系数除以2，并加入1/2的限幅和乘以2”的结果为4分；
2）“加入2-3
的限幅及乘以23
”的结果为6分。

五、（13分）
1）)368.0(632.0)1(1)1(111)(1
-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+-⋅=--z K s s Z z K s s e Z K z G sT ，（3分）
0632.0368.0)(1)(=+-=+=K z z G z ∆ 要求：1|632.0368.0|||<-=K z
1)632.0368.0(->-K ， 16.2<∴K
1)632.0368.0(<-K ， 1->∴K
取 0>K （由于系统均为负反馈），所以 16.20<<K （5分）
2）该系统为一阶系统，0>K 均稳定； 3）表明系统变为采样系统后系统的稳定性降低。

评分：1）第1小题满分为8分，如果方法正确，计算有误，可给4分；
5
2）第2问满分为2分； 3）第3问满分为3分。

六、（15分）
1）1
111)()1(1
111
1)(1----=
-+=+-=+-=
+=
-z T T T T
T z T T T
z T s T z G f f f f T
z s f f 1
1
11)
(1)
/(----=+-+=
z T T z T T T T T T f f
f α
α
， T
T T T f f
+=α
2）)()1()1()(k e T k u T k u αα-+-=，（2分） 3）I ： 1)()1()(u k e T k u +-=α II ：)1(1-=k u T u α （3分） 评分：1）第1问5分；2）第2问5分；
3）第3问5分；
4）若第1 问中替换关系正确，计算有误，可给3分。

（2分）。